光学学报, 2022, 42 (17): 1704002, 网络出版: 2022-09-16   

基于新型金属卤化物半导体和闪烁体的X射线探测与成像研究进展 下载: 2122次特邀综述

Research Progress of X-Ray Detection and Imaging Based on Emerging Metal Halide Semiconductors and Scintillators
作者单位
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室,浙江 杭州 310027
图 & 表

图 1. X射线的光子能量范围及一些应用26

Fig. 1. Range of X-ray photon energy and some applications[26]

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图 2. 光电吸收过程示意图27

Fig. 2. Schematic diagram of photoelectric absorption process[27]

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图 3. 半导体X射线探测器的两种工作模式29

Fig. 3. Two working modes of semiconductor X-ray detectors[29]

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图 4. 一些代表性半导体材料的线性吸收系数随X射线光子能量的变化33

Fig. 4. Linear absorption coefficients varying with photon energy for some representative semiconductors[33]

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图 5. X射线间接型探测的基本过程36

Fig. 5. Basic process of indirect X-ray detection[36]

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图 6. X射线间接型探测的三个阶段42

Fig. 6. Three stages of indirect X-ray detection[42]

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图 7. FPXI单个像素示意图30

Fig. 7. Schematic diagram of single pixel of FPXI[30]

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图 8. 锐利边缘的X射线图像51

Fig. 8. X-ray image of sharp edge[51]

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图 9. 闪烁体与相机芯片的两种耦合方式。(a)透镜光学系统;(b)光纤板

Fig. 9. Two coupled methods between scintillator screen and camera chip. (a) Optical system of lens; (b) fiber optic plate

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图 10. X射线CT系统示意图7

Fig. 10. Schematic diagram of X-ray CT system[7]

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图 11. 基于a-Se的X射线直接型成像30。(a)AX-2430型FPXI;(b)手部X射线照片

Fig. 11. X-ray direct imaging based on a-Se[30]. (a) AX-2430 type FPXI; (b) X-ray image of hand

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图 12. 钙钛矿单晶X射线直接型探测与成像。(a)MAPbI3单晶74;(b)MAPbBr3单晶与Si集成20;(c)“N”字母X射线成像20

Fig. 12. X-ray direct detection and imaging based on perovskite single crystal. (a) MAPbI3 single crystal[74]; (b) integration of MAPbI3 single crystal and Si[20]; (c) X-ray imaging of letter "N"[20]

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图 13. 双钙钛矿单晶X射线直接型探测18。(a)Cs2AgBiBr6单晶;(b)最低检测极限测试结果

Fig. 13. X-ray direct detection based on double perovskite single crystal[18]. (a) Cs2AgBiBr6 single crystal; (b) test results of lowest detection limit

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图 14. 钙钛矿多晶X射线直接型探测与成像。(a)多晶钙钛矿太阳能电池22;(b)树叶X射线图像22;(c)钙钛矿FPXI21;(d)手部X射线图像21

Fig. 14. X-ray direct detection and imaging based on perovskite polycrystal. (a) Polycrystalline perovskite solar cells[22]; (b) X-ray image of leaf[22]; (c) perovskite FPXI[21]; (d) X-ray image of hand[21]

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图 15. 钙钛矿多晶膜制备工艺。(a)多晶MAPbI3晶圆及探测器结构93;(b)Cs2AgBiBr6多晶圆片83;(c)成像结果83

Fig. 15. Manufacturing technique of perovskite polycrystal film. (a) MAPbI3 polycrystal wafer and structure of detector[93];(b) Cs2AgBiBr6 polycrystal wafer[83]; (c) imaging results[83]

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图 16. 传统间接型X射线成像系统。(a)胸部X射线成像系统7;(b)CsI针状结构37;(c)CsI∶Tl晶体蒸发在TFT上36;(d)两类闪烁体中的散射差异39

Fig. 16. Traditional indirect X-ray imaging system. (a) Chest X-ray imaging system[7]; (b) acicular structure of CsI[37]; (c) evaporation of CsI∶Tl crystals on TFT[36]; (d) difference of scattering between two kinds of scintillators[39]

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图 17. 其他传统闪烁体。(a)CT系统中的玻璃闪烁体与探测器阵列7;(b)SrI2∶Eu闪烁体39;(c)LuAG∶Ce闪烁体39

Fig. 17. Other traditional scintillators. (a) Glass scintillators and detector array in CT system[7]; (b) SrI2∶Eu scintillators[39]; (c) LuAG∶Ce scintillators[39]

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图 18. 二维钙钛矿闪烁体。(a)(Phe)2PbBr4晶体108;(b)亚纳秒时间分辨109;(c)无铅二维钙钛矿闪烁体的成像演示121

Fig. 18. Two-dimensional perovskite scintillators. (a) (Phe)2PbBr4 crystal[108]; (b) sub-nanosecond time resolution[109]; (c) imaging demonstration of lead-free two-dimensional perovskite scintillators[121]

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图 19. 无机钙钛矿纳米晶闪烁体。(a)CsPbX3全无机钙钛矿纳米晶闪烁体的辐射发光(RL)光谱23;(b)基于钙钛矿纳米晶闪烁体的间接型X射线成像仪23;(c)CsPbBr3和GOS薄膜的成像分辨率对比123;(d)高含量CsPbBr3纳米片溶液及制成的大面积薄膜124;(e)CsPbBr3@Cs4PbBr6结构示意图24

Fig. 19. Inorganic perovskite nanocrystal scintillators. (a) RL spectra of CsPbX3 all-inorganic perovskite nanocrystal scintillators[23]; (b) indirect X-ray imager based on perovskite nanocrystal scintillators[23]; (c) comparison of imaging resolution between CsPbBr3 and GOS films[123]; (d) high-concent CsPbBr3 nanosheet solution and large area film[124]; (e) structural schematic of CsPbBr3@Cs4PbBr6[24]

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图 20. 无机钙钛矿纳米晶闪烁体的改进。(a)钙钛矿玻璃闪烁体126;(b)玻璃闪烁体在高温高湿环境下的稳定性测试126;(c)玻璃闪烁体的高分辨率(约15 lp/mm)126;(d)CsPbBr3液体闪烁体示意图及相应的成像演示129

Fig. 20. Improvement of inorganic perovskite nanocrystal scintillators. (a) Perovskite glass scintillators[126]; (b) stability test of glass scintillators under high temperature and high humidity[126]; (c) high resolution of glass scintillators (~15 lp/mm)[126]; (d) schematic diagram of CsPbBr3 liquid scintillators and corresponding imaging demonstration[129]

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图 21. CsPbBr3的自吸收效应及应对方案。(a)CsPbBr3的自吸收效应131;(b)CsPbBr3与有机发光物质耦合形成塑料闪烁体133

Fig. 21. Self-absorption effect of CsPbBr3 and corresponding solution. (a) Self-absorption effect of CsPbBr3[131]; (b) CsPbBr3 is coupled with organic luminescent materials to form plastic scintillators[133]

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图 22. 其他钙钛矿或卤化物闪烁体。(a)Cs2NaTbCl6晶体结构及粉末照片135;(b)Cs2Ag0.6Na0.4In1-yBiyCl6晶格结构25;(c)Cs2Ag0.6Na0.4In1-yBiyCl6的大斯托克斯位移25;(d)CsI∶Tl与Cs2Ag0.6Na0.4In1-yBiyCl6的衰减寿命对照25

Fig. 22. Other perovskite or halide scintillators. (a) Crystal structure and powder photo of Cs2NaTbCl6[135]; (b) lattice structure of Cs2Ag0.6Na0.4In1-yBiyCl6[25]; (c) large Stokes shift of Cs2Ag0.6Na0.4In1-yBiyCl6[25]; (d) comparison of decay lifetime between CsI∶Tl and Cs2Ag0.6Na0.4In1-yBiyCl6[25]

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马文博, 匡翠方, 刘旭, 杨旸. 基于新型金属卤化物半导体和闪烁体的X射线探测与成像研究进展[J]. 光学学报, 2022, 42(17): 1704002. Wenbo Ma, Cuifang Kuang, Xu Liu, Yang Yang. Research Progress of X-Ray Detection and Imaging Based on Emerging Metal Halide Semiconductors and Scintillators[J]. Acta Optica Sinica, 2022, 42(17): 1704002.

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